TS.3 · Thermal transport, calorimetry and expansion

Hai lớp tường nối tiếp dẫn cùng một dòng nhiệt ổn định, nhưng độ giảm nhiệt độ của chúng chưa chắc đã bằng nhau.

Tiền đề: 4.

• Kết hợp điện trở nhiệt dẫn truyền và phân biệt dòng nhiệt với thông lượng nhiệt
• Cân bằng nhiệt mulher và nhiệt ẩn với điều kiện cách ly và nhiệt dung đã nêu
• Tính toán giãn nở nhiệt tự do và ứng suất nhiệt bị ràng buộc cùng các giới hạn của chúng

Đối với dẫn truyền ổn định một chiều qua tấm đồng nhất, định luật Fourier cho thông lượng nhiệt q_x=−κ dT/dx. Với độ dẫn nhiệt κ không đổi, diện tích A, độ dài L và hiệu nhiệt độ nóng-lạnh ΔT, dòng nhiệt là Qdot=κAΔT/L. Định nghĩa điện trở nhiệt R_th=L/(κA), đo bằng K/W; độ giảm nhiệt độ là Qdot R_th. Các lớp nối tiếp không có nguồn nội tại mang cùng Qdot và điện trở của chúng cộng lại. Các đường song song ở cùng nhiệt độ điểm cuối có dòng nhiệt cộng lại, nên nghịch đảo điện trở cộng lại. Thông lượng nhiệt là rate per area, W/m², và không nhất thiết giống nhau giữa các lớp có diện tích khác nhau. Điện trở tiếp xúc giao diện và rò rỉ nhiệt phải được bao gồm nếu được chỉ định.

Nhiệt dung C=dQ/dT phụ thuộc vào quá trình nhiệt động lực học và không giống như nhiệt dung riêng c trên mỗi đơn vị khối lượng. Đối với khoảng vật liệu không có chuyển pha, Q=∫mc(T)dT, hoặc mcΔT khi c không đổi. Trong nhiệt lượng kế cách ly, tổng các biến thiên năng lượng của tất cả các vật, bao gồm cả bình chứa khi liên quan, và đặt tổng bằng không. Tại chuyển pha ở nhiệt độ cân bằng, năng lượng thêm vào có thể làm thay đổi tỷ lệ pha thay vì nhiệt độ: Q=mℓ sử dụng nhiệt ẩn ℓ trong J/kg. Trước tiên cung cấp nhiệt mulher để đạt đến điểm chuyển pha, sau đó tính toán nhiệt ẩn. Đừng để trung bình nhiệt độ có trọng số đơn giản dự đoán một nhiệt độ không khả thi khi nóng chảy hoặc đông đặc là một phần của quá trình.

Đối với thanh giãn nở tự do và thay đổi nhiệt độ nhỏ, ΔL≈αL₀ΔT với hệ số giãn nở tuyến tính α. Đối với vật rắn đẳng hướng với biến dạng nhỏ, mỗi kích thước nhận được nhân tố 1+αΔT, do đó ΔA/A≈2αΔT và ΔV/V≈3αΔT. Một lỗ trống giãn nở cùng với vật liệu xung quanh như thể vùng thiếu hụt của nó cũng đã giãn nở. Các mối quan hệ này giả định hệ số gần như không đổi và không có ràng buộc cơ học; tinh thể dị hướng cần hệ số theo phương. Nếu một thanh đàn hồi bị ngăn không cho thay đổi chiều dài, biến dạng cơ học của nó triệt tiêu biến dạng nhiệt. Với ứng suất kéo dương, σ≈−YαΔT trong quá trình gia nhiệt, trong đó Y là mô đun Young. Ước lượng biến dạng nhỏ này yêu cầu phản ứng đàn hồi mà không có chảy plast hoặc mất ổn định.

Truyền dẫn truyền năng lượng theo gradient nhiệt độ, đối lưu vận chuyển nó với vật chất di chuyển, và bức xạ nhiệt có thể đi qua chân không. Đối với bề mặt ở nhiệt độ T hướng về môi trường lớn ở nhiệt độ T_env, một mô hình cơ bản của vật thể xám cho tốc độ bức xạ tổng hợp εσ_SB A(T⁴−T_env⁴). Sử dụng đơn vị kelvin tuyệt đối trong các lũy thừa bậc bốn này, thay vì giá trị độ C. Một khối đồng nhất mà nhiệt độ bên trong gần như không đổi có thể tuân theo C dT/dt=−hA(T−T_env) dưới điều kiện làm mát Newton với h không đổi. Khi đó sự chênh lệch nhiệt độ suy giảm theo τ=C/(hA), chứ không phải toàn bộ nhiệt độ (độ C hoặc kelvin) suy giảm về không. xấp xỉ này yêu cầu gradient nội tại đủ nhỏ; một vật thể bị giới hạn bởi truyền dẫn cần mô hình nhiệt độ không gian.

Hai tấm song song nối tiếp nhau mang cùng một tốc độ dòng nhiệt ổn định. Gọi điện trở nhiệt là 0.08 và 0.24 K/W. Nhiệt độ biên là 60 và 20 độ Celsius.

Nhiệt độ giao diện là 50 độ Celsius khi tấm 1 chạm vào phía nóng. Tốc độ dòng nhiệt có đơn vị watt; thông lượng nhiệt chia nó cho diện tích.

Giữ W tách biệt khỏi W/m², bao gồm nhiệt kế hoặc năng lượng ẩn khi cần thiết, và không sử dụng chiều dài tự do mở rộng cùng với các giả định ứng suất bị ràng buộc.

điện trở nhiệt: Sự chênh lệch nhiệt độ trên mỗi đơn vị tốc độ truyền nhiệt ổn định, đo bằng K/W.

nhiệt ẩn: Năng lượng được truyền tải trong quá trình biến pha tại nhiệt độ chuyển tiếp; nhiệt ẩn riêng là theo đơn vị khối lượng.